CN116131570A - 用于动态调整dcdc转换器峰值电流和安全ldo禁用的硬件方案 - Google Patents

用于动态调整dcdc转换器峰值电流和安全ldo禁用的硬件方案 Download PDF

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Abstract

本申请公开了用于动态调整DCDC转换器峰值电流和安全LDO禁用的硬件方案。在一个示例中，一种设备包括控制器(104)和直流(DC)‑DC转换器(106)，DC‑DC转换器(106)耦合到控制器(104)并被配置为向负载(102)提供负载电流。该设备还包括耦合到DC‑DC转换器(106)的低压差(LDO)调节器(108)。控制器(104)包括数字逻辑(114)，并且数字逻辑(114)被配置为确定负载电流。数字逻辑(114)被配置为如果负载电流高于预定阈值，则开启LDO调节器(108)。数字逻辑(114)还被配置为如果负载电流低于预定阈值，则关闭LDO调节器(108)。

Description

用于动态调整DCDC转换器峰值电流和安全LDO禁用的硬件方案
相关申请的交叉引用
本申请要求于2021年11月13日提交的题为“Hardware Scheme for DynamicAdjustment of DCDC Converter Peak Current and Safe LDO Disable”的印度临时专利申请No.202141052087的优先权，该申请通过引用整体并入本文。
背景技术
DC(直流)-DC电压转换器接收输入电压并将其转换为输出电压以驱动负载。在一个示例中，一些微控制器包括DC-DC转换器和低压差电压调节器(LDO调节器)，它们创建经调节的DC供应电压来驱动负载。DC-DC转换器用作初级电压调节器，并且如果需要处理较高的负载电流或电流尖峰，则启用LDO调节器用于负载共享(load sharing)。如果负载电流下降到DC-DC转换器可以充分处理的水平，则LDO调节器被禁用。
发明内容
根据本说明书的至少一个示例，一种设备包括控制器和DC-DC转换器，该DC-DC转换器耦合到控制器并被配置为向负载提供负载电流。该设备还包括耦合到DC-DC转换器的LDO调节器。控制器包括数字逻辑，并且数字逻辑被配置为确定负载电流。数字逻辑还被配置为如果负载电流高于预定阈值，则开启LDO调节器。数字逻辑还被配置为如果负载电流低于预定阈值，则关闭LDO调节器。
根据本说明书的至少一个示例，一种设备包括包含数字逻辑的控制器。数字逻辑包括被配置为生成测量窗口的测量窗口生成器。数字逻辑还包括脉冲计数器，该脉冲计数器被配置为提供耦合到DC-DC转换器的电感器上的充电脉冲在测量窗口期间的计数。数字逻辑还包括锁存器，该锁存器被配置为基于充电脉冲的计数来确定加载百分比。数字逻辑还包括比较器，该比较器被配置为将加载百分比与负载阈值进行比较，其中比较器被进一步配置为基于比较禁用LDO调节器。
根据本说明书的至少一个示例，一种方法包括使用DC-DC转换器向负载提供负载电流。该方法还包括在测量窗口期间对充电脉冲进行计数，其中充电脉冲产生负载电流。该方法还包括基于充电脉冲的计数确定加载百分比。该方法包括响应于加载百分比低于预定阈值，关闭LDO调节器。
附图说明
图1是根据各种示例的用于动态调整DCDC转换器峰值电流和安全LDO调节器禁用的系统的框图。
图2是根据各种示例的DCDC负载计的框图。
图3是根据各种示例的描述DCDC负载计的操作的波形的集合。
图4是根据各种示例的用于安全LDO关闭方案的系统的框图。
图5是根据各种示例的示出安全LDO禁用操作的操作的波形的集合。
图6是根据各种示例的用于自适应DCDC峰值电流调整的系统的框图。
图7是根据各种示例的用于自适应IPEAK方案的硬件有限状态机。
图8是根据各种示例的用于自适应IPEAK方案的波形的集合。
图9是根据各种示例的用于安全且可靠地禁用LDO调节器的方法的流程图。
附图中使用相同的附图标记或其他参考标记来表示(功能上和/或结构上)相同或类似特征。
具体实施方式
DC-DC电压转换器(此处称为DCDC转换器)和LDO调节器可以用于创建稳定的电压供应。为了改善系统的效率，DCDC转换器是初级电压调节器，并且LDO调节器被启用以进行负载共享，以处理较高的负载电流或电流尖峰。由于电感器形状因数的限制，DCDC转换器可能无法处理大负载电流。因此，LDO调节器在启用时与DCDC转换器共享负载电流。如果负载电流降至DCDC转换器可以处理的水平，则可以禁用LDO调节器。DCDC转换器被设计为具有最佳水平的峰值(例如，最大)电流设置，以实现最大效率。如果负载电流高于峰值电流设置，则LDO调节器被启用以进行负载共享。
用于开启和关闭LDO调节器的一些替代机制使用模拟电路系统。然而，模拟电路系统可能在DCDC转换器无法处理负载电流时关闭LDO调节器。然后，LDO调节器重新开启，这为LDO调节器创建开启/关闭循环。LDO调节器的连续开启/关闭循环可能在经调解的功率供应上引起涟漪(ripples)，从而影响系统的射频(RF)性能。
在本文的示例中，数字逻辑和硬件管理DCDC转换器和LDO调节器。DCDC负载计通过在预定持续时间内对递送到能量存储设备(例如，电感器和/或电容器)的充电脉冲进行计数来感测DCDC转换器递送的负载电流。脉冲的数量代表DCDC转换器递送的负载电流。响应于由DCDC负载计感测的负载电流的值，LDO调节器可以被安全地启用和禁用。此外，DCDC转换器具有峰值电流设置，该峰值电流设置可以基于负载电流的变化进行调整，以实现较高的效率。用户可以设置高和低预定阈值，以用于调整DCDC转换器的峰值电流设置。如果负载电流上升到高于高阈值，则可以增加DCDC转换器的峰值电流设置。在一些示例中，增加峰值电流设置可以允许DCDC转换器在不开启LDO调节器的情况下处理负载电流，这有助于避免LDO调节器的快速开启/关闭循环。如果负载电流降低到低于低阈值，则可以降低DCDC转换器的峰值电流设置，这改善DCDC转换器的效率。
本文的示例为安全启用和禁用LDO调节器提供了灵活且可靠的方案。在一些示例中，示例可以通过数字逻辑进行管理，而不需要软件。在其他示例中，软件可以用于通过读取DCDC负载计感测的负载电流值来调整峰值电流设置。本文的示例避免了降低系统的RF性能的开启/关闭LDO调节器循环。在本文的示例中，改善了DCDC操作效率。此外，还为用户基于用户的具体应用需求定义峰值电流的高阈值和低阈值提供了灵活性。
图1是根据本文的各种示例的用于动态调整DCDC转换器峰值电流和安全LDO调节器禁用的系统100的框图。在此示例中，系统100向负载102提供负载电流。系统100包括控制器104、DCDC转换器106和LDO调节器108。控制器104可以是处理器、微处理器、微控制器、电源管理集成电路、片上系统或适用于执行本文的操作的任何其他设备。控制器104包括寄存器110、DCDC负载计112、数字逻辑114和存储器116。在一些示例中，控制器104中所示的部件可以在控制器104外部实施。控制器104耦合到DCDC转换器106和LDO调节器108。根据本文的示例，DCDC转换器106和LDO调节器108向负载102提供负载电流。
在示例操作中，DCDC转换器106向负载102提供负载电流。DCDC转换器106具有可调整的峰值电流设置，该峰值电流设置用于控制DCDC转换器106何时在对能量存储元件充电和对能量存储元件放电之间切换。作为一个示例，峰值电流设置(例如，IPEAK)可以是从0到7的数字。峰值电流设置可以存储在存储器116或寄存器110中。可以基于负载电流需求来选择峰值电流设置，以增加DCDC转换器106的效率。如下所述，DCDC负载计112和数字逻辑114可以被配置为感测提供给负载102的负载电流。响应于感测负载电流，峰值电流设置可被改变以实现增加的效率。例如，如果负载电流需求为5毫安(mA)，则10mA的峰值电流设置可以比15mA的峰值电压设置更有效。随着负载电流需求的增加，控制器104可以使用数字逻辑114增加峰值电流设置，以满足增加的需求。此外，如果需要LDO调节器108来帮助满足负载电流需求，则DCDC负载计112和数字逻辑114可以启用LDO调节器108。如果负载电流需求下降，或者如果DCDC转换器106能够处理负载电流，则数字逻辑114可以禁用LDO调节器108。下面描述DCDC负载计112和数字逻辑114的操作的细节。
图2是根据本文的各种示例的DCDC负载计112的框图。DCDC负载计112的一个示例操作在下文中关于图3进行描述。再次参考图2，在一个示例中，DCDC负载计112可以使用硬件和数字逻辑实施。DCDC负载计112包括DCDC脉冲测量窗口生成器202(这里称为窗口生成器202)。窗口生成器202包括时钟输入204、DCDC负载计使能输入206和输出208。DCDC负载计112还包括脉冲“开”计数器210(例如，PON计数器210)。PON计数器210包括接收输入脉冲的DCDC PON输入212、复位输入214、使能输入216和输出218。
DCDC负载计112还包括DCDC负载锁存器220。DCDC负载锁存器220包括输入222、时钟输入224和输出226。DCDC负载计包括计数器228。计数器228包括输入230、全局LDO(GLDO)使能输入232和输出234。DCDC负载计112包括比较器236。比较器236具有第一输入238和第二输入240。比较器236还具有使能输入242和输出244。
DCDC负载计112还包括计数器246。计数器246包括输入248和DCDC负载计使能输入250。计数器246包括输出252。DCDC负载计还包括与门254。与门254包括第一输入256和第二输入258。与门254包括输出260。
图2还示出了波形262和264。下文关于图3进一步描述波形262与264的操作。在图2中，波形262由窗口生成器202在输出208处提供。波形262指示本文所述操作的测量窗口。测量窗口描绘了时间窗口，在该时间窗口期间将对充电脉冲进行计数，以确定提供给负载102的负载电流的值。波形262被提供给PON计数器210的复位输入214、DCDC负载锁存器220的时钟输入224、计数器228的输入230和计数器246的输入248。波形262向DCDC负载计112的各个部件提供时序脉冲以使部件能够同步操作。
波形264是提供给耦合到DCDC转换器106的能量存储设备(例如，电感器和/或电容器)的充电脉冲的集合。DCDC转换器106使用这些充电脉冲向负载102提供负载电流。在DCDC负载计112中，由波形264表示的充电脉冲在DCDC PON输入212处提供给PON计数器210。PON计数器210在测量窗口期间对波形264中的充电脉冲的数量进行计数。
在操作中，窗口生成器202在时钟输入204处接收时钟信号(例如，48兆赫(MHz)时钟信号)。DCDC负载计使能信号被提供给DCDC负载计使能输入206，以开启DCDC负载计112。在一个示例中，DCDC负载计使能信号可以由控制器104提供。在窗口生成器202接收到DCDC负载计使能信号之后，窗口生成器在输出208处产生波形262。波形262包括指示测量窗口的开始的脉冲。测量窗口是PON计数器210将对充电脉冲进行计数的持续时间。在一个示例中，测量窗口是DCDC转换器106的充电时间加上DCDC转换器106的放电时间再乘以100。在一些示例中，充电时间和放电时间可以基于负载而变化。在一些其他示例中，可以向测量窗口添加附加时钟循环。波形262在复位输入214处提供给PON计数器210。当来自波形262的脉冲提供给POP计数器210时，PON计数器212开始对在DCDC PON输入212处接收的充电脉冲的数量进行计数，如波形264所表示的。如图2所示，PON计数器210也由在输入216处接收的DCDC负载计使能信号以与启用窗口生成器202相同的方式启用。
PON计数器210对测量窗口期间的充电脉冲的数量进行计数。在测量窗口完成后(如来自提供给复位输入214的波形262的另一个脉冲所指示)，PON计数器210向DCDC负载锁存器220提供充电脉冲的数量的计数。然后，复位PON计数器，使得它可以对下一个测量窗口中的充电脉冲的数量进行计数。
DCDC负载锁存器220中捕获的值是加载百分比测量值。例如，如果测量窗口为100个循环，并且PON计数器210在测量窗口期间计数90个充电脉冲，则DCDC负载值为90％(例如，90/100)。该值表示负载电流占DCDC转换器106的有效IPEAK设置的百分比。该DCDC负载值被提供给与门254。
DCDC负载计112包括计数器228和246。计数器228用于下文描述的安全LDO启用/禁用方案。计数器228根据提供给计数器228的输入230的波形262对测量窗口的数量进行计数。在预定数量的测量窗口(例如，两个测量窗口)之后，从计数器228向比较器236提供信号，以在输出244处产生比较器使能信号。下面参考图4和图5描述数字比较器使能信号。计数器228使LDO调节器108保持启用达至少预定数量的测量窗口，以帮助防止快速LDO开启/关闭循环。
计数器246还通过在输入248处接收波形262对测量窗口的数量进行计数。计数器246利用提供给输入250的DCDC负载计使能信号来启用。在计数器246已经计数超过预定数量的测量窗口(例如，两个测量窗口)后，计数器246在输出252处提供信号。来自输出252的信号被提供给与门254以启用与门254。在预定数量的测量窗口之后，与门254被启用以在输出260处提供DCDC负载值。为了稳定性和可靠性，在预定数量的测量窗口之后在输出260处提供DCDC负载值。
图3是波形300的集合，该集合描述了根据本文的各种示例的DCDC负载计112的操作。波形300包括被称为负载计窗口标记(lm_window_marker)的波形262。波形262包括指示测量窗口的开始的脉冲。波形264表示被称为dcdc_pon的充电脉冲。波形302表示被称为I_load的提供给负载102的负载电流。波形304表示负载计测量窗口(lm_meas_window)。波形306表示来自PON计数器210的脉冲的计数(dcdc_PON_counter)。波形308表示DCDC负载状态(DCDC_load_status)，其是作为峰值电流的百分比测量的DCDC负载值。
示例操作在时间t0处开始。在该示例中，峰值电流设置为25mA。峰值电流设置对DCDC转换器106可以递送的最大电流设置限制。然而，通过电感器的峰值电流可以是比峰值电流设置高的值。在图3中，在时间t0之前，DCDC负载值为70％(如波形308所指示的)。因此，波形308示出70作为初始DCDC负载值，并且该值将保持为70，直到出现测量窗口并更新DCDC负载值。时间t0处的负载电流(波形302)为22.5mA，为25mA的峰值电流设置的90％。在时间t0，波形262上出现脉冲，指示测量窗口的开始。如图2所示，波形262上的脉冲使PON计数器210开始对脉冲进行计数。此外，对测量窗口也开始计数。
在本例中，在时间t0，测量窗口(波形304)开始从1计数到100。计数达到100后，测量窗口完成，并且新的测量窗口可以开始。此外，在时间t0，PON计数器210开始对波形264(dcdc_PON)上的脉冲进行计数。在时间t1，对测量窗口(波形304)的计数达到100。在时间t2，PON计数器210在波形264上计数了90个脉冲。因此，DCDC负载状态现在为90％。因此，波形308将在时间t1之后将新的DCDC负载状态更新为90。
就在时间t1之后，另一个脉冲出现在波形262上。该脉冲指示新的测量窗口的开始。在该示例中，负载电流(波形302)在该第二测量窗口期间已下降到12.5mA。12.5mA的负载电流是25mA峰值电流设置的50％。第二测量窗口开始于时间t2。在时间t2，波形304示出测量窗口复位的计数，并再次从1开始计数到100。此外，在时间t2，PON计数器210复位并再次开始对波形264上的脉冲进行计数，从时间t2的第一个脉冲开始。
第二测量窗口持续到时间t3。在时间t3，对测量窗口(波形304)的计数达到100。在时间t3，PON计数器210已经在波形264上计数了50个脉冲。因此，DCDC负载状态现在为50％。因此，波形308将在时间t3之后将新的DCDC负载状态更新为50。
在时间t3之后，第三测量窗口开始。在此测量窗口期间，负载电流为2.5mA，其为峰值电流设置的10％。如图3所示，在时间t4，第三测量窗口已经以波形306所示的脉冲计数10结束。在时间t4之后，波形308将DCDC负载状态更新为10。
只要启用DCDC负载计112，此过程就会继续。PON计数器210对脉冲进行计数并在每个测量窗口之后更新DCDC负载状态。在一些示例中，在更新DCDC负载状态之前，可以出现不止一个测量窗口。DCDC负载状态指示负载电流相比于DCDC转换器106的峰值电流的百分比。如本文所述，如果DCDC负载状态高于预定阈值，则可以增加峰值电流设置，以允许DCDC转换器106向负载102提供更多电流。此外，如果需要，可以启用LDO调节器108，以共享负载电流。阈值可以由用户设置。例如，上限阈值可以是80％。如果在该示例中DCDC负载状态高于80％，则可以增加DCDC转换器106的峰值电流设置。用户还可以设置下限阈值。例如，下限阈值可以是50％。如果DCDC负载状态将至低于50％，则可以降低DCDC转换器的峰值电流设置。在较低的峰值电流设置下，DCDC转换器106将具有其能够提供的以驱动负载的较低的最大电流量，但DCDC转换器106可以比在较高的峰值电流设置下更有效地运行。
图2和图3示出，DCDC负载计使用数字硬件和逻辑来感测DCDC转换器106递送的负载电流。充电脉冲在预定时间窗口内进行计数，并且充电脉冲代表负载电流。在确定DCDC负载状态之后，可以执行附加动作，诸如启用或禁用LDO调节器108或调整峰值电流设置。下面描述这些附加动作。
图4是根据本文的各种示例的用于安全LDO关闭方案的系统400的框图。系统400提供了一种用于安全地启用和禁用LDO调节器108同时避免LDO调节器108的不希望的开启/关闭循环的机制。在一个示例中，如果DCDC转换器106对于给定峰值电流设置无法处理负载，则启用LDO调节器108。例如，如果DCDC转换器106在具体电流设置(诸如3，在0到7的标度上)下操作，则存在DCDC转换器106可以递送到负载的某个最大电流。在一个示例中，该电流可以是15mA。如果存在高于该最大值的电流尖峰，则LDO调节器108被启用以进行电流共享。此外，在本文的示例中，控制器104可以增加DCDC转换器106的峰值电流设置以处理负载。在该示例中，峰值电流设置可以从3增加到4或5。在峰值电流设置已经增加并且DCDC转换器106能够处理负载电流之后，可以禁用LDO调节器108。如果峰值电流设置处于最大值并且DCDC转换器106不能处理负载，则可以启用LDO调节器108。LDO调节器108将保持开启，直到负载电流下降到DCDC转换器106可以处理的水平。在本文的一些示例中，数字比较器将DCDC负载计112的输出与在设备启动期间编程并存储在寄存器中的预定阈值进行比较。在某些此类示例中，用户无法改变此阈值。阈值为选定峰值电流设置的最大DCDC负载电流提供了一些裕度。下面描述该裕度。系统400包括实施上述方案的硬件和数字逻辑。
系统400包括部件402，部件402是用于LDO调节器108禁用方案的部件。部件404是启用如上所述调整峰值电流设置的自适应峰值电流方案的部件。在一个示例中，系统400中的部件可以位于控制器104中。
部件402包括DCDC负载计112、DCDC负载阈值编码器406、比较器408、或门410和与门411。部件404包括DCDC峰值电流(IPEAK)适配单元412、DCDC负载寄存器414、高阈值寄存器416、低阈值寄存器418、多路复用器420和IPEAK寄存器422。
DCDC负载计112包括四个输入。这些输入是时钟输入204、DCDC PON输入212、LDO使能输入232和DCDC负载计使能输入206。DCDC负载计112在输出244处提供比较器使能信号，并且在输出260处提供DCDC负载值。以上关于图2描述了DCDC负载计112的输入和输出。
DCDC负载阈值编码器406包括DCDC负载阈值输入424。DCDC负载阈值输入424可以向DCDC负载阈值编码器406提供存储在寄存器中的值。DCDC负载阈值编码器406在输出426处产生输出值。输出值被提供给比较器408的第一输入428。比较器408的第二输入430从输出260接收DCDC负载值。比较器408包括如下所述禁用LDO调节器108的输出432。
或门410包括三个输入：LDO使能输入232、自适应IPEAK使能信号434和负载计使能436。自适应IPEAK使能信号434可以是存储在寄存器中的值。负载计使能436可以接收存储在寄存器中的值。或门410包括提供给与门411的输出438。VDDS良好信号440也提供给与门411。VDDS良好信号440指示初级电压供应对于DCDC转换器106操作是足够的。与门411在输出442处提供输出信号。
或门410的输入提供了DCDC负载计112可以被启用的多个条件。首先，如果LDO调节器108被启用以进行负载电流共享，则LDO使能输入232被提供给或门410，这进而将使能信号从输出442提供到DCDC负载计使能输入206。其次，DCDC负载计112可以经由软件利用配置位来启用，该配置位可以被设置为经由负载计使能436来启用DCDC负载计112。再次，DCDC负载计112可以利用提供给或门410的自适应IPEAK使能信号434来启用。在一个示例中，IPEAK使能信号可以存储在寄存器中。下面描述IPEAK使能信号434。
在示例操作中，DCDC负载计112将所测量的DCDC负载值(以百分比表示)从输出260提供给比较器408。输出244处的比较器使能信号也从DCDC负载计112提供给比较器408。DCDC负载值和比较器使能信号如上文关于图2所述提供。在一个示例中，仅在DCDC负载计112的两个测量循环后生成比较器使能信号。
比较器408将输入430处的DCDC负载值与输入428处的DCDC负载阈值进行比较。作为比较的结果，如果DCDC负载值变得低于来自DCDC负载阈值编码器406的DCDC负载阈值，则比较器408禁用LDO调节器108。
对于DCDC负载阈值编码器406，DCDC负载阈值输入424提供表示预定负载阈值的内部编程寄存器值。DCDC负载阈值编码器406将DCDC负载阈值输入424处的两个位转换为可能的阈值设置之一。例如，如果DCDC负载阈值编码器406生成90％作为比较器408的参考值，并且来自DCDC负载计112的DCDC负载值小于90％，则可以安全地禁用LDO调节器108。DCDC负载阈值编码器406提供相对于DCDC转换器106可以递送的最大电流的一些裕度。该裕度有助于避免错误的LDO禁用信号。当DCDC负载值变得低于来自DCDC负载阈值编码器406的阈值(90％、85％等)时，比较器408禁用LDO调节器108。来自输出432的LDO禁用信号可以被提供给禁用LDO调节器108的模拟电路系统。
自适应峰值电流方案的部件404从DCDC负载计112的输出260接收DCDC负载值。DCDC IPEAK适配单元412在输入444处接收DCDC负载值。DCDC负载值也可以存储在DCDC负载寄存器414中。自适应IPEAK使能信号434在输入446处提供给DCDC IPEAK适配单元412。自适应IPEAK使能信号434是提供给或门410的输入的相同信号。该信号开启自适应IPEAK方案。DCDCIPEAK适配单元412在输入448处从高阈值寄存器416接收高阈值，在输入450处从低阈值寄存器418接收低阈值。DCDC IPEAK适配单元412在输出452处提供更新的IPEAK值。来自DCDC IPEAK适配单元412的更新的IPEAK值是新的IPEAK设置。如果IPEAK使能信号434不是有效的(active)，则多路复用器420从存储IPEAK的用户默认设置的寄存器中选择IPEAK值。该默认值可以存储在可配置寄存器中。当IPEAK使能信号434有效时，从多路复用器420输出的新的IPEAK值被存储在IPEAK寄存器422中。下面关于图6和图7描述DCDC IPEAK适配单元412选择新的IPEAK值的操作。在一个示例中，DCDC IPEAK适配单元412内的数字逻辑和状态机可以选择新的IPEAK值。
图5是波形500的集合，其示出了根据本文的各种示例的安全LDO禁用操作的操作。在一个示例中，安全LDO禁用方案可以由图4中的数字逻辑执行。波形502表示负载电流ILOAD。波形504表示DCDC负载计112窗口标记(lm_window_marker)。波形506表示可以存储在存储器映射寄存器(MMR)中的IPEAK值(ipeak_mmr)。在一个示例中，IPEAK值可以是介于0和4之间的设置，其中0是最低IPEAK值并且4是最高IPEAK值。波形508是以百分比表达的DCDC负载值(dcdc_load_status)。在一个示例中，DCDC负载值可以是输出260处的值。波形510是LDO使能状态(gldo_enable)。波形510上的低值指示LDO调节器108被禁用，并且波形510上的高值指示LDO调节器108被启用。波形512是LDO禁用信号(gldo_disable)，该信号变高以导致gldo_enable禁用LDO调节器108。波形514表示DCDC负载阈值。该值可以存储在寄存器中，并提供给DCDC负载阈值编码器406，如上文关于图4所述。DCDC负载阈值是百分比值，在此示例中设置为95％。波形516表示最大IPEAK值(ipeak_max)，在本例中为4。
在示例操作中，初始负载电流为35mA(波形502)。在时间t0，负载电流增加到45mA。响应于负载电流增加，LDO使能信号(波形510)上升。在一个示例中，负载电流的增加可以由模拟电路系统感测。负载计窗口标记(波形504)示出开始负载计测量窗口的脉冲。在时间t1，负载计测量循环结束。DCDC负载计在测量循环(波形508)之后示出值100。LDO调节器在时间t1之后保持开启(波形510)。如波形514所示，DCDC负载阈值为95％。因为负载计值(波形508)为100，并且DCDC负载阈值为95，所以LDO调节器108在时间t1之后保持启用。然而，IPEAK设置可以增加。在时间t2，IPEAK设置从3增加到4(波形506)。IPEAK设置可以使用图4中的部件404来增加，或如下文关于图6和图7所述。
在时间t3，第二测量窗口开始(波形504)。在时间t4，DCDC负载计报告DCDC负载状态为90％(波形508)。90％的DCDC负载状态现在低于95％的DCDC负载阈值(波形514)。如上文关于图4所述，DCDC负载状态和DCDC负载阈值被提供给比较器408。如果DCDC负载状态低于DCDC负载阀值，则比较器418禁用LDO调节器108。如波形512所示，LDO禁用信号在时间t5变高。响应于LDO禁用信号变高，LDO使能信号(波形510)在时间t6变低。因此，LDO调节器108被禁用。
图5示出，LDO调节器108和IPEAK设置均可以响应于负载电流的改变而改变。如果IPEAK设置处于其最大值，则LDO调节器108可以保持开启，直到负载电流变得低于DCDC负载阈值。
图6是根据本文的各种示例的用于自适应DCDC峰值电流调整的系统600的框图。在一个示例中，用户可配置位以硬件或数字逻辑启用自适应DCDC转换器峰值电流调整方案。图4中的自适应IPEAK使能信号434是该位的一个示例。此外，用户可以为自适应IPEAK调整方案配置高阈值和低阈值(以百分比表示)。例如，可以将高阈值设置为80％，并且可以将低阈值设置为50％。如果启用自适应IPEAK方案，则通过硬件或数字逻辑将DCDC负载计输出与高阈值和低阈值进行比较。如果DCDC负载计输出介于高阈值和低阈值之间，则保持IPEAK设置。如果DCDC负载计输出变得高于高阈值，则硬件将IPEAK设置增加一个计数。同时，LDO调节器108可以在IPEAK设置调整期间短时间开启。如果DCDC转换器106在IPEAK设置调整之后可以处理负载电流，则LDO调节器108被关闭。如果DCDC负载计输出变得低于低阈值，则硬件将IPEAK设置降低一个计数。LDO调节器108在峰值电流设置递减时保持禁用，因为在该情况下不需要负载电流共享。
系统600包括比较器602、比较器604和硬件有限状态机(HW FSM)606。在系统600中，DCDC负载值与高阈值和低阈值进行比较。基于来自比较器602和604的输出，HW FSM 606调整IPEAK设置。
在示例中，自适应IPEAK使能信号434通过启用比较器602和604来启用自适应IPEAK方案。高阈值寄存器416存储用户配置的高阈值，并且低阈值寄存器418存储用户配置的低阈值。阈值可以用百分比表达，诸如80％和50％。如果DCDC负载值在IPEAK设置的80％和50％之间，则该信息被提供给HW FSM 606，并且不改变IPEAK设置。如果DCDC负载值高于高阈值(例如，高于IPEAK设置的80％)，则可以由HW FSM 606递增IPEAK设置。如果DCDC负载值低于低阈值(例如，低于IPEAK设置的50％)，则IPEAK设置可以由HW FSM606递减。HW FSM 606在其输出608处提供更新的IPEAK设置。
图7是根据本文的各种示例的用于自适应IPEAK方案的硬件有限状态机606。在一个示例中，HW FSM 606可以在控制器104中实施。在另一示例中，HW FSM 606可以在任何合适的硬件中实施。
如果未启用自适应IPEAK方案，则HW FSM 606保持在空闲状态702。用户可以启用自适应IPEAK方案。方案启用后，HW FSM 606移动到活跃状态704。如果没有从DCDC负载计112接收到更新，则HW FSM 606保持在活跃状态(负载计更新＝0)。然后，如果DCDC负载计112报告值，则HW FSM 606移动到检查负载状态706(负载计更新＝1)。在DCDC负载计112报告负载值之后，在检查负载状态706中对照用户配置的高阈值和低阈值检查负载值。
如果所测量的值在低阈值和高阈值之间，则IPEAK设置保持在保持IPEAK状态708。在状态708之后，HW FSM 606返回活跃状态704。如果检查负载状态706处的值低于低阈值，则HW FSM 606移动到状态710，其中IPEAK设置递减(Dec IPEAK)。在状态710之后，HW FSM 606返回活跃状态704。如果检查负载状态706处的值高于高阈值，则HW FSM 606移动到状态712，其中IPEAK设置递增(Inc IPEAK)。在状态712之后，LDO调节器108被启用达短持续时间，并且然后在状态714自动禁用。此外，如果峰值电流设置处于最大值，则LDO调节器108可以继续保持开启，直到负载下降到DCDC转换器106的容量内。
图8是根据本文的各种示例的用于自适应IPEAK方案的波形800的集合。自适应IPEAK方案可以在硬件或数字逻辑中实施。在一个示例中，IPEAK设置0对应于25mA的峰值电流，并且IPEAK设置1对应于35mA的峰值电流。高阈值和低阈值分别为80％和50％。如果DCDC负载计输出值在设置0时达到90％(例如，22.5mA)，则硬件将IPEAK设置从0增加到1。IPEAK设置改变为1后，峰值电流为35mA。22.5mA的DCDC负载计值介于35mA的新的IPEAK设置的80％和50％之间。如果负载电流降至10mA，则IPEAK设置可以从1递减回到0。因此，自适应IPEAK方案将峰值电流设置保持在相对于负载电流的最佳水平，以改善效率。此外，如果DCDC转换器106能够处理负载电流，则调整峰值电流设置避免了使用LDO调节器108进行负载共享。在没有这种自适应IPEAK方案的情况下，LDO调节器108将不得不更频繁地开启和关闭以处理负载电流的增加。
波形802表示负载电流(i_load)。波形804是时钟信号(clk)。波形806表示负载计窗口标记(lm_window_marker)。波形808表示提供给耦合到DCDC转换器106的电感器的充电脉冲的集合(dcdc_pon)。波形810表示来自PON计数器210的脉冲的计数(dcdc_pon_counter)。波形812表示负载计测量窗口(lm_meas_window)。波形814表示DCDC负载状态(dcdc_load_status)，该状态是以峰值电流的百分比测量的DCDC负载值。波形816表示可以存储在寄存器中的IPEAK设置(ipeak_mmr)。波形818表示用户可配置的低阈值，在该示例中为50％。波形820表示用户可配置的高阈值，在该示例中为80％。
在示例操作中，第一测量窗口在时间t0结束。在时间t0，负载电流为22.5mA(波形802)，如果IPEAK设置为0，则其为峰值电流的90％。在时间t0，IPEAK设置为0，并且DCDC负载状态为70(波形814)。在时间t0的第一测量窗口结束时，由于负载电流为22.5mA，因此PON计数器210计数了90个脉冲(波形810)。因此，在时间t0之后，DCDC负载状态更新为90(波形814)。DCDC负载状态在时间t1被更新(波形814)。由于DCDC负载状态在时间t1被更新为90，因此DCDC负载状态高于高阈值80。因此，IPEAK设置应递增。在时间t2，IPEAK设置从0递增到1(波形816)。在IPEAK设置为1的情况下，峰值电流为35mA。时间t1时的负载电流仍然为22.5mA，并且22.5mA低于35mA的80％，35mA是新的峰值电流设置。因此，在将IPEAK设置从0更新为1后，负载电流介于用户设置的阈值的50％和80％之间。
时间t0表示第二测量窗口的开始，如波形806中的负载计窗口标记所示。第二测量窗的结束发生在时间t3。在时间t3，由于负载电流为22.5mA，并且峰值电流设置为35mA，因此PON计数器210计数了65个脉冲(波形810)。在时间t5，DCDC负载状态被更新(波形814)。IPEAK设置在时间t5保持为1。
时间t4表示第三测量窗口的开始。第三测量窗口在时间t6结束。在第三测量窗期间，负载电流降至10mA(波形802)。因此，PON计数器210在第三测量窗口期间计数了30个脉冲(波形810)。在时间t7，将DCDC负载状态更新为30(波形814)。DCDC负载状态30低于低阈值50(波形818)。因此，IPEAK设置可以从1递减至0。在时间t8，IPEAK设置从1递减为0(波形816)。在每个测量窗口之后更新DCDC负载状态以及如果DCDC负载状态在高阈值和低阈值之外则更新IPEAK设置的该过程可以在时间t8之后以类似于上述的方式继续。
图9是根据本文的各种示例的用于安全且可靠地禁用LDO调节器108的方法900的流程图。方法900的步骤可以以任何合适的顺序执行。在一些示例中，上文关于图1、图2和图4描述的硬件部件可以执行方法900。在一些示例中，任何合适的硬件或数字逻辑可以执行方法900。
方法900开始于910，其中DCDC转换器(诸如DCDC转换器106)向负载102提供负载电流。DCDC转换器可以是任何合适的电压调节器。
方法900在920继续，其中计数器在测量窗口期间对充电脉冲进行计数，其中充电脉冲产生负载电流。作为示例，PON计数器210对充电脉冲进行计数。充电脉冲可以在预定持续时间内被递送到耦合到DCDC转换器106的电感器。
方法900在930继续，其中锁存器基于充电脉冲的计数确定加载百分比。在一个示例中，DCDC负载锁存器220确定加载百分比。DCDC负载锁存器220从PON计数器210接收充电脉冲的计数。
方法900在940继续，其中，响应于加载百分比低于预定阈值，禁用信号关闭LDO调节器，诸如LDO调节器108。如果LDO调节器108先前被启用以与DCDC转换器106共享负载，则关闭LDO调节器108。在一个示例中，数字比较器(诸如比较器408)执行比较并响应于来自输出260处的DCDC负载值的加载百分比低于来自DCDC负载阈值编码器406的DCDC负载阈值而关闭LDO调节器108。如果加载百分比低于DCDC负载阈值，则不需要LDO调节器108，因为DCDC转换器106可以处理负载要求。
本文的示例提供了一种用于安全关闭LDO调节器的灵活且可靠的操作方案。本文描述的方案避免了非预期的LDO调节器108的开启/关闭循环，该开启/关闭循环可能导致经调节的电压供应轨上的涟漪，从而导致设备上的RF性能降低。本文的示例改善DCDC操作效率，因为峰值电流设置基于DCDC负载条件而调整。在示例中，通过使用针对具体负载电流的最佳IPEAK设置而不是最大IPEAK设置，可以看到DCDC效率改善5％。在本文的示例中，仅当DCDC转换器106本身即使在最大IPEAK设置下也不能处理负载电流需求时，LDO调节器108才被开启以用于负载电流共享。在一些示例中，基于软件的方案可以用于通过检查DCDC负载计112的输出来对调整IPEAK设置进行直接控制。在其他示例中，本文描述的方案是硬件管理的，并且不需要软件实施方式。本文描述的方案可以使用数字逻辑来实施。
此外，在一些示例中，在两个负载计测量窗口后提供所测量的负载电流值，以用于稳定可靠的操作。在一些示例中，如果LDO调节器108被启用，则它保持启用达至少两个负载计测量窗口，以避免频繁的LDO调节器108开启/关闭循环。在一些示例中，用户可以为自适应DCDC峰值电流方案定义高阈值和低阈值，这为各种应用提供了增加的灵活性。
术语“耦合”在整个说明书中使用。该术语可以涵盖实现与本说明书一致的功能关系的连接、通信或信号路径。例如，如果设备A提供信号以控制设备B执行动作，则在第一示例中，设备A耦合到设备B，或者在第二示例中，如果中间部件C基本上没有改变设备A和设备B之间的功能关系，则设备A通过中间部件C耦合到设备B，使得设备B由设备A经由设备A提供的控制信号来控制。
“被配置为”执行任务或功能的设备可以在制造商制造时配置(例如，编程和/或硬连线)以执行功能，和/或可以由用户在制造后可配置(或可重新配置)以执行该功能和/或其他附加或替代功能。配置可以通过设备的固件和/或软件编程，通过设备的硬件部件和互连的构造和/或布局，或其组合。
除非另有说明，否则在值之前的“约”、“大约/近似”或“基本上”表示所述值的+/-10％。在权利要求书的范围内，在所描述的示例中的修改是可能的，并且其他示例是可能的。

Claims (20)

1.一种设备，包括：
控制器；
直流-直流转换器即DC-DC转换器，其耦合到所述控制器并被配置为向负载提供负载电流；
低压差调节器即LDO调节器，其耦合到所述DC-DC转换器；并且
其中所述控制器包括数字逻辑，并且所述数字逻辑被配置为：
确定所述负载电流；
如果所述负载电流高于预定阈值，则开启所述LDO调节器；并且
如果所述负载电流低于所述预定阈值，则关闭所述LDO调节器。
2.根据权利要求1所述的设备，其中所述数字逻辑被配置为通过以下方式确定所述负载电流：
生成测量窗口；
在所述测量窗口期间对充电脉冲的数量进行计数；
基于所述充电脉冲的所述数量确定所述DC-DC转换器的加载百分比；以及
将所述加载百分比提供给比较器。
3.根据权利要求2所述的设备，进一步包括：
用所述比较器将所述加载百分比与所述预定阈值进行比较；以及
响应于所述比较，关闭所述LDO调节器。
4.根据权利要求2所述的设备，进一步包括：
通过在两个或更多个测量窗口上对所述充电脉冲的所述数量进行计数来确定所述加载百分比。
5.根据权利要求2所述的设备，进一步包括：
在两个或更多个测量窗口之后启用所述比较器。
6.根据权利要求2所述的设备，其中所述数字逻辑被配置为：
调整所述DC-DC转换器的峰值电流设置，其中所述峰值电流设置指示所述DC-DC转换器能够向所述负载提供的最大电流。
7.根据权利要求6所述的设备，其中所述数字逻辑被配置为响应于所述DC-DC转换器的所述加载百分比高于阈值而增加所述峰值电流设置。
8.根据权利要求6所述的设备，其中所述数字逻辑被配置为响应于所述DC-DC转换器的所述加载百分比低于阈值而降低所述峰值电流设置。
9.一种设备，包括：
包含数字逻辑的控制器，其中所述数字逻辑包括：
测量窗口生成器，其被配置为生成测量窗口；
脉冲计数器，其被配置为提供耦合到直流-直流转换器即DC-DC转换器的电感器上的充电脉冲在测量窗口期间的计数；
锁存器，其被配置为基于所述充电脉冲的所述计数来确定加载百分比；以及
比较器，其被配置为将所述加载百分比与负载阈值进行比较，其中所述比较器被进一步配置为基于所述比较禁用低压差调节器即LDO调节器。
10.根据权利要求9所述的设备，其中所述数字逻辑被配置为：
在两个或更多个测量窗口之后启用所述比较器。
11.根据权利要求9所述的设备，进一步包括：
编码器，其被配置为将存储在寄存器中的值转换为所述负载阈值。
12.根据权利要求9所述的设备，其中所述数字逻辑还包括：
峰值电流适配逻辑，其被配置为接收所述加载百分比并基于所述加载百分比调整所述DC-DC转换器的峰值电流。
13.根据权利要求12所述的设备，其中所述峰值电流适配逻辑被配置为将所述加载百分比与第一阈值和第二阈值进行比较，并且进一步被配置为响应于所述比较来调整所述峰值电流。
14.一种方法，包括：
使用直流-直流转换器即DC-DC转换器向负载提供负载电流；
在测量窗口期间对充电脉冲进行计数，其中所述充电脉冲产生所述负载电流；
基于所述充电脉冲的计数确定加载百分比；以及
响应于所述加载百分比低于预定阈值，关闭低压差调节器即LDO调节器。
15.根据权利要求14所述的方法，进一步包括：
在两个或更多个测量窗口之后启用比较器；
用所述比较器将所述加载百分比与所述预定阈值进行比较；以及
响应于所述比较器的输出，关闭所述LDO调节器。
16.根据权利要求14所述的方法，进一步包括：
调整所述DC-DC转换器的峰值电流设置，其中所述峰值电流设置指示所述DC-DC转换器能够向所述负载提供的最大电流。
17.根据权利要求16所述的方法，进一步包括：
如果所述DC-DC转换器的所述加载百分比高于阈值，则增加所述峰值电流设置。
18.根据权利要求17所述的方法，进一步包括：
响应于所述加载百分比高于所述阈值，开启所述LDO调节器。
19.根据权利要求16所述的方法，进一步包括：
如果所述DC-DC转换器的所述加载百分比低于阈值，则降低所述峰值电流设置。
20.根据权利要求14所述的方法，其中所述充电脉冲是耦合到所述DC-DC转换器的电感器上的脉冲。
CN202211360002.2A 2021-11-13 2022-11-02 用于动态调整dcdc转换器峰值电流和安全ldo禁用的硬件方案 Pending CN116131570A (zh)

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